一种仿生pH响应性碳酸锰纳米颗粒高效递送STING激动剂用于高危神经母细胞瘤免疫治疗

《Nano Today》：A biomimetic pH-responsive manganese carbonate nanoparticle efficiently delivers STING agonist for high-risk neuroblastoma immunotherapy

摘要

环状核苷酸是癌症免疫治疗中极具前景的STING激动剂，但其临床转化受到细胞摄取率低、清除速度快和胞质递送效率不高的限制。在此，我们报告了一种仿生纳米平台（MV@CMNPs），可实现对2′,3′-环状GMP-AMP（2′,3′-cGAMP）的高效负载及肿瘤微环境响应性释放，从而放大cGAS/STING信号轴，增强抗肿瘤免疫应答。

MV@CMNPs由负载2′,3′-cGAMP的可生物降解碳酸锰（MnCO₃）纳米颗粒构成，并以高风险神经母细胞瘤细胞膜进行包被。MnCO₃核心具有高药物负载能力和pH响应性释放特性，而降解释放的Mn²⁺可能具有免疫调节活性。细胞膜包被层增强了生理条件下的胶体稳定性，介导同源肿瘤靶向，并通过膜辅助的内吞作用促进高效的胞内激动剂递送。

MV@CMNPs增强了2′,3′-cGAMP的生物活性，并在肿瘤微环境（TME）和肿瘤引流淋巴结（TDLNs）中放大了STING信号传导。这种双位点激活协同诱导I型干扰素和炎性细胞因子的分泌，驱动树突状细胞成熟和T细胞应答，从而将免疫抑制性肿瘤重编程为免疫原性微环境。在临床前神经母细胞瘤模型中，MV@CMNPs通过瘤内注射和静脉注射给药均显著抑制了肿瘤生长并延长了生存期。本研究证实了仿生纳米颗粒作为一种放大STING介导的固有免疫的策略，在癌症免疫治疗中具有重要意义。

引言

高风险神经母细胞瘤（NB）约占神经母细胞瘤病例的50%。作为第三大常见儿童癌症，NB每年导致所有儿童癌症死亡的15%[1]。尽管高风险NB的治疗取得了重要进展，但患儿的5年总生存率仍仅为50%，且治疗常伴随显著的治疗相关毒性和并发症[2]。高风险NB在免疫学上表现为"冷"肿瘤，其特征是T细胞浸润极少且免疫抑制性细胞群密度高，这导致对免疫治疗的反应不佳[3]。因此，将此类免疫抑制性NB肿瘤转化为更具免疫原性的、T细胞浸润的"热"表型，代表了一种有前景的NB治疗策略。

随着检查点抑制剂和过继性T细胞疗法的发展，免疫治疗在实体瘤治疗中展示了巨大的潜力。其疗效高度依赖于肿瘤特异性抗原的鉴定以及足够的肿瘤特异性细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的募集[4]。值得注意的是，环鸟苷酸-腺苷酸单磷酸合成酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）通路在CD8? T细胞敏感和CD8? T细胞耐药肿瘤的抗肿瘤应答中均发挥关键作用[5,6]。作为一类STING激动剂，2′,3′-环状-GMP-AMP（2′,3′-cGAMP）能够结合并激活单核细胞或肿瘤细胞内质网膜上的衔接蛋白STING。该激活触发了I型干扰素（IFNs）的产生，从而刺激树突状细胞（DC）的活化以及肿瘤抗原的交叉呈递，诱导抗肿瘤T细胞免疫应答。因此，2′,3′-cGAMP在增强免疫刺激和抗肿瘤免疫应答方面展现了良好的疗效[7,8]。然而，非特异性的STING激活会引发过度炎症反应，这对机体有害并阻碍了其临床转化。此外，STING激动剂的固有性质——包括膜不通透性、负电荷和亲水性——限制了外源性激动剂高效胞质递送以激活STING通路的策略。进一步的临床转化障碍包括快速的酶促降解、清除以及脱靶毒性[[9], [10], [11]]。因此，通过内源性信号传导实现有效且特异性的STING通路激活的治疗策略对于STING介导的抗肿瘤免疫治疗具有重要意义。值得注意的是，国内外关于cGAMP递送系统的研究普遍受限于低包封效率和不可控的突释现象，这损害了体内稳定性和STING激活效果。当前纳米载体通常使用阳离子聚合物或pH响应性材料来增强胞内递送，但未能兼顾高载药能力与精准释放[12]。

在生物医学领域，纳米金属-有机框架（NMOFs）作为一种多功能纳米载体日益受到关注，展现出巨大的应用潜力[[13], [14], [15]]。在基于金属的纳米材料中，MnCO?纳米颗粒（NPs）因其与H?O?的独特反应性而受到广泛关注：它们能够持续高效地产生O?，从而调节缺氧的肿瘤微环境（TME）。此外，MnCO? NPs还广泛应用于肿瘤磁共振和超声成像。更重要的是，其中空介孔结构赋予了其高药物包封能力和TME响应性释放特性，使其成为药物递送的理想材料[16,17]。然而，由于纳米颗粒快速成核和生长[18]，在温和条件下合成低剂量MnCO?纳米载体仍然具有挑战性，这限制了其作为纳米医学中递送载体的应用。

近年来，细胞膜启发的纳米药物递送系统因其在抗肿瘤药物的智能、靶向递送方面的潜力而得到了广泛研究[[18], [19], [20]]。该策略赋予纳米载体初级细胞类似表面性质，从而实现负载药物向肿瘤组织的有效递送[21,22]。值得注意的是，利用生物来源的细胞膜增强治疗剂靶向能力的策略已在临床试验中得到验证，并展现出可观的临床转化潜力。

在本研究中，我们开发了一种肿瘤pH响应性、肿瘤细胞膜包被的碳酸锰仿生纳米颗粒，负载STING激动剂2′,3′-cGAMP（MV@CMNPs），通过酸响应性MnCO?基递送系统增强cGAMP介导的STING激活。2′,3′-cGAMP是MV@CMNPs中的主要治疗成分和直接的STING激活组分。具有介孔结构的可生物降解碳酸锰纳米颗粒能够在酸性条件下实现高药物包封效率和TME响应性释放。此外，我们推测Mn2?与2′,3′-cGAMP的共递送可能协同放大STING相关信号传导。癌细胞膜包被层增强了稳定性，防止在生理条件下的短期胶体聚集，同时9464D肿瘤细胞膜的同源靶向促进了在肿瘤中的选择性蓄积以维持局部浓度。膜介导的内吞作用进一步促进了细胞摄取。MV@CMNPs在生理pH（7.4）下保持完整，但在还原性胞内环境中解聚，触发Mn2?和2′,3′-cGAMP的控制性释放。这种协同释放激活了cGAS/STING通路，增强了抗原交叉呈递和T细胞活化。因此，MV@CMNPs代表了一种提高肿瘤免疫原性和改善癌症免疫治疗疗效的新策略。

MV@CMNPs的制备方案及增强cGAS-STING通路激活以清除肿瘤的示意图。（a）通过反相微乳液合成法随后共挤压制备仿生MV@CMNPs，可在酸性微环境中响应性释放2′,3′-cGAMP和Mn²⁺；（b）MV@CMNPs在体内抗肿瘤机制示意图。纳米药物进入肿瘤微环境后，首先通过NF-κB信号通路促进M2型巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化。同时，释放的Mn2?离子和2′,3′-cGAMP刺激树突状细胞（DCs）中STING通路的激活，从而增强其成熟和抗原呈递能力。随后，成熟的DCs激活淋巴结中的CD8? T细胞，产生抗肿瘤细胞毒性效应并生成记忆T细胞，最终实现局部和系统性肿瘤抑制。

章节摘要

MNPs、CMNPs和MV@CMNPs的制备与表征

如图1所示，仿生MV@CMNPs由两个关键组分构成：负载药物的碳酸锰纳米颗粒（CMNPs）作为固体核心，具有高2′,3′-cGAMP负载效率；以及癌细胞膜壳（CCMVs），可增强CMNPs的稳定性以及2′,3′-cGAMP的胞内递送。细胞膜从同源小鼠神经母细胞瘤细胞系9464D中分离获得，其预期功能是实现同源性生物界面相互作用。对于

结论

在此，我们开发了一种癌细胞膜包被的纳米复合材料（MV@CMNPs），可实现高效的同源肿瘤靶向和向癌细胞增强的胞质递送。被内化后，MV@CMNPs在酸性微环境中快速降解，触发2′,3′-cGAMP和Mn2?的突释，以放大STING通路激活并增强抗肿瘤免疫应答。值得注意的是，MV@CMNPs增强了2′,3′-cGAMP在肿瘤引流淋巴结（TDLNs）和肿瘤

伦理声明

本研究按照ARRIVE（动物研究：活体实验报告）指南进行。本研究获得了北京大学医学中心机构动物护理和使用委员会的批准（批准号：BCJE0149）。

CRediT作者贡献声明

张然：写作 – 原稿、调查、形式分析、数据管理。卢晓：可视化、调查。赵立波：监督、方法论。杨长青：监督。孟灵婧：调查。梅冬：写作 – 审阅与编辑、验证、监督、资源、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响到本文所报告的工作。

致谢

本研究获得了北京市科技新星计划（20250484944, 20220484219）和引进人才科研启动基金（HX202607）的支持。我们感谢北京大学生物成像核心设施和天然药物与仿生制药国家重点实验室提供的共聚焦显微镜、动物成像和组织学服务，并感谢Dr. Rimas Orentas（西雅图儿童医院研究所）提供9464D神经母细胞瘤细胞系。

作者贡献声明

梅冬、张然、卢晓设计了

张然|卢晓|赵立波|杨长青|孟灵婧|梅冬

首都儿科研究所，首都医科大学附属首都儿童医学中心，临床研究病房，北京，100020，中国